石朱橋水庫邊坡生態修復效果評價研究

梁永哲，單承康，劉永濤，王 猛

（中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司,貴州 貴陽 550081）

水電水利工程建設是一類對地面擾動大、影響范圍廣、水土流失較為嚴重的工程項目,伴隨工程建設引發的水土流失和環境問題,已引起社會的廣泛關注[1]。各類項目的建設形成了大量的裸露邊坡,隨著生態文明建設的提出,就不能只依靠單一的土木工程措施對邊坡進行治理,更要注重生態理念,邊坡生態修復成為當下一個熱門的研究與實踐領域[2]。針對這種狀況,國內外學者開發研制了一系列的邊坡生態修復技術,如植被混凝土生態修復技術、框格梁植草技術、厚層基材植被修復技術、高次團粒噴播技術、客土噴播技術及生態袋技術等。調查表明這些技術對于邊坡防護和水土流失治理都取得了較好的效果,但這些技術目前也存在著各自的缺點。

對不同邊坡生態修復技術效果進行科學的評價,是選取不同邊坡生態修復措施的有力依據。楊陽[3]以皖西大別山區的岳武高速公路邊坡為研究對象,從邊坡力學質量、基材質量、群落質量3 方面構建了植被恢復質量評價指標體系。張楠[4]依托廣東省惠清高速公路,從植生效益和土壤改良效益兩方面開展了新型生態修復技術與傳統技術的修復效果差異性研究。戴晗[5]針對現階段我國公路建設的發展狀況,綜合考慮技術成本、技術成熟度以及技術的生態效益三個方面,用層次分析法對不同區域的各項邊坡生態治理技術進行綜合評價。總的來說,雖然我國學者在邊坡生態治理技術評價體系的研究上已經取得一定的成果,但還存在評價體系的有待完善與缺乏地域針對性等問題。

本文通過對石朱橋水庫四個不同生態修復邊坡進行效果綜合評價,以期為今后邊坡生態修復技術的選擇提供科學依據,同時為其它類似生態修復邊坡的效果評價提供可行的思路與方法。

1 邊坡樣地概況

石朱橋水庫位于貴州省安順市平壩縣十字鄉四甲村,地處長江流域烏江水系貓跳河支流樂平河中下游。水庫壩址以上集水面積160.9 km2,最大壩高37 m；水庫總庫容1264 萬m3,是一個以城鎮供水為主,兼顧灌溉及農村人畜飲水的綜合性利用的Ⅲ等中型水庫。項目區多年平均降水量1222.0 mm,多年平均氣溫14.1℃,雨季為5月～10月,長6 個月。土壤主要分布有黃壤、石灰土、水稻土。水土流失類型主要是水力侵蝕,容許土壤流失量為500 t/（km2·a）。本項目地處貴州省“水土流失重點治理區”,部分區域涉及紅楓湖生活飲用水水源地保護區上游,需提高防治標準。

針對石朱橋水庫的裸露邊坡,主要采用框格梁生態袋植草技術、植被混凝土+生態營養棒邊坡修復技術、高次團粒噴播技術、液壓噴播草種技術等,本次評價研究的邊坡樣地基本情況見表1。

表1 生態修復邊坡樣地基本情況

2 評價指標體系建立

評價指標選取遵循典型性、可定量、可操作性、指標數量適度的原則,建立由目標層、準則層和指標層構成的評價指標體系,見圖1,目標層為邊坡生態修復效果評價,準則層由水土保持效果、基材質量、植被恢復效果和工程投資4 大類組成、指標層由10 個指標組成。根據指標選取原則10 個具體指標選取意義及取值依據見表2。

圖1 生態修復邊坡效果評價指標體系

表2 邊坡生態修復效果評價指標選取意義及取值依據

3 評價方法及綜合評價值

本次評價采用層次分析法（The Analytic Hierarchy Process,縮寫AHP）。層次分析法根據問題的性質和要達到的總目標,將問題分解為不同的組成因素,并按照因素間的相互關聯影響以及隸屬關系將因素按不同層次聚集組合,形成一個多層次的分析結構模型,從而最終使問題歸結為最低層（供決策的方案、措施等）相對于最高層（總目標）的相對重要權值的確定或相對優劣次序的排定。層次分析法比較適合于具有分層交錯評價指標的目標系統,而且目標值又難于定量描述的決策問題[6]。

3.1 計算步驟

根據已建立的評價指標體系,構造判斷（成對比較）矩陣,先進行層次單排序及其一致性檢驗,再進行層次總排序及其一致性檢驗,得到的計算結果見表3,可以看出,邊坡生態修復效果評價指標體系中權重較大的是坡面植被覆蓋度和工程造價,占比分別為0.2424 和0.1296。

表3 生態修復邊坡水土保持效果評價指標權重

3.2 綜合評價值計算

（1）對象原始數據值

通過現場實地調查及室內試驗得到見表4。

表4 評價對象原始數據值

（2）數據無量綱化處理

由于本評價體系所選用的指標涉及方面不同,取值和單位不盡相同。為了能夠比較各指標要素和計算指標的綜合指數,需要進行數據的無量綱化處理。

數據無量綱化的過程實際上就是分級打分的過程,在劃出某一指標要素的給分范圍后,根據統計數據給指標分級,采用極差標準型法和等級法對所得數據進行無量綱化。

通過標準型無量綱化的公式[7]計算得到各評價指標的無量綱化數據為表5。

表5 評價對象無量綱數據值

（3）綜合計算

各指標的無量綱化數值與各指標的權重相乘就得到各指標的綜合值,10 個指標的綜合值進行相加得到邊坡生態修復效果評價的綜合指數。即邊坡生態修復效果評價綜合指數計算模型為[8]:

式中：SQR 為評價對象的綜合評價值；Ri為無量綱化數值；Pi為各指標的權重；n 為評價指標個數。

根據計算可得出了每個樣地的綜合評價值見表6。

表6 邊坡生態修復效果綜合評價值

4 結論與討論

四種邊坡生態修復工程中效果綜合評價值較高的為框格梁生態袋植草技術及植被混凝土+生態棒修復技術邊坡,效果綜合評價值較低的為高次團粒噴播技術及液壓噴播草種技術。通過實地調查發現高次團粒噴播樣地有較明顯的沖刷痕跡,基材質量較一般,導致植物生長和水土保持受到一定影響,液壓噴播草種邊坡植被種群較單一且覆蓋度偏低,存在一定的水土流失現象；框格梁生態袋植草及植植被混凝土+生態棒修復邊坡樣地生物群落豐富,層次結構完善,坡面基材質量較好,邊坡生態治理效果較優,見圖2。

圖2 框格梁生態袋植草及植被混凝土+生態棒修復邊坡樣地

通過對4 個樣地的綜合評價值與現場實際情況對比,可得知評價結果基本與現場樣地實際情況相符合,從而表明所選擇的10 個評價指標和所構建的指標體系對邊坡生態修復效果的評價具有較好的應用價值,為以后邊坡生態治理效果的定量分析提供了可參考的方法。

貴州喀斯特地區邊坡生態修復工作十分復雜,邊坡生態修復技術的選擇受諸多因素的影響,隨著不斷提高邊坡生態修復研究的深入性,對所選用的評價指標還需要不斷地完善,評價體系不斷修正,使研究結果更加全面和科學。